• Energy Research

AbstractChina’s extensive planted forests play a crucial role in carbon storage, vital for climate change mitigation. However, the complex spatiotemporal dynamics of China’s planted forest area and its carbon storage remain uncaptured. Here we reveal such changes in China’s planted forests from 1990 to 2020 using satellite and field data. Results show a doubling of planted forest area, a trend that intensified post-2000. These changes lead to China’s planted forest carbon storage increasing from 675.6 ± 12.5 Tg C in 1990 to 1,873.1 ± 16.2 Tg C in 2020, with an average rate of ~ 40 Tg C yr−1. The area expansion of planted forests contributed ~ 53% (637.2 ± 5.4 Tg C) of the total above increased carbon storage in planted forests compared with planted forest growth. This proactive policy-driven expansion of planted forests has catalyzed a swift increase in carbon storage, aligning with China’s Carbon Neutrality Target for 2060.

Tropical and subtropical forest ecosystems play an important role in the global carbon regulation. Despite increasing evidence for effects of biodiversity (species diversity, functional diversity and functional dominance), stand structural attributes, stand age and environmental conditions (climate and topography) on tree carbon storage, the relative importance of these drivers at large scale is poorly understood. It is also still unclear whether biodiversity effects on tree carbon storage work through niche complementarity (i.e. increased tree carbon storage due to interspecific resource partitioning) or through the mass-ratio effect (tree carbon storage regulated by dominant traits within communities). Here we analyze tree carbon storage and its drivers using data of 480 plots sampled across subtropical forests in China. We use multiple regression models to test the relative effects of biodiversity, stand structural attributes, stand age and environmental conditions on tree carbon storage, and use a partial least squares path model to test how these variables directly and/or indirectly affect tree carbon storage. Our results show that tree carbon storage is most strongly affected by stand age, followed by climate, biodiversity and stand structural attributes. Stand age and climate had both direct and indirect (through species diversity, functional dominance and stand structural attributes) effects. We find that tree carbon storage correlates with both species diversity and functional dominance after stand age and environmental drivers are accounted for. Our results suggest that niche complementarity and the mass-ratio effect, not necessarily mutually exclusive, both play a role in maintaining ecosystem functioning. Our results further indicate that biodiversity conservation might be an effective way for enhancing tree carbon storage in natural, species-rich forest ecosystems.

El bioma del bosque subtropical ocupa alrededor del 25% de China, con una diversidad de especies solo al lado de los bosques tropicales. A pesar de la reconocida importancia de los bosques subtropicales en el almacenamiento y el ciclo del carbono regional, persisten las incertidumbres con respecto al almacenamiento de carbono de los bosques subtropicales, y pocos estudios han cuantificado la variación de la biomasa dentro del sitio, lo que dificulta la evaluación del papel de estos bosques en los ciclos de carbono globales y regionales. Utilizando datos de una parcela censal de 24 hectáreas en el este de China, cuantificamos la biomasa sobre el suelo, caracterizamos su variación espacial entre diferentes hábitats y analizamos la contribución relativa de las especies a la biomasa total sobre el suelo de diferentes hábitats. La biomasa aérea promedio fue de 223.0 Mg ha−1 (intervalos de confianza bootstrapped 95% [217.6, 228.5]) y varió sustancialmente entre cuatro hábitats topográficamente definidos, desde 180.6 Mg ha−1 (IC bootstrapped 95% [167.1, 195.0]) en la cresta superior hasta 245.9 Mg ha−1 (IC bootstrapped 95% [238.3, 253.8]) en la cresta inferior, con intermedio de valle superior e inferior. De acuerdo con nuestras expectativas, las especies individuales contribuyeron de manera diferente a la biomasa total sobre el suelo de diferentes hábitats, lo que refleja asociaciones significativas de hábitats de especies. Las diferentes especies se muestran de manera diferente en la preferencia de hábitat en términos de contribución de biomasa. Estos patrones pueden ser consecuencia de la diferencia de estrategias ecológicas entre diferentes especies. Los resultados de este estudio mejoran nuestra capacidad para evaluar el papel de los bosques subtropicales en el ciclo regional del carbono y proporcionan información valiosa para guiar la protección y el manejo de los bosques subtropicales de hoja ancha para el secuestro y almacenamiento de carbono. Le biome forestier subtropical occupe environ 25 % de la Chine, avec une diversité d'espèces uniquement à côté des forêts tropicales. Malgré l'importance reconnue de la forêt subtropicale dans le stockage régional du carbone et le cycle, des incertitudes subsistent concernant le stockage du carbone des forêts subtropicales, et peu d'études ont quantifié la variation interne de la biomasse, ce qui rend difficile l'évaluation du rôle de ces forêts dans les cycles mondiaux et régionaux du carbone. En utilisant des données pour une parcelle de recensement de 24 ha dans l'est de la Chine, nous quantifions la biomasse aérienne, caractérisons sa variation spatiale entre différents habitats et analysons la contribution relative des espèces à la biomasse aérienne totale de différents habitats. La biomasse aérienne moyenne était de 223,0 Mg ha−1 (intervalles de confiance amorcés à 95 % [217,6, 228,5]) et variait considérablement entre quatre habitats topographiquement définis, de 180,6 Mg ha−1 (IC amorcé à 95 % [167,1, 195,0]) dans la crête supérieure à 245,9 Mg ha−1 (IC amorcé à 95 % [238,3, 253,8]) dans la crête inférieure, avec une vallée supérieure et inférieure intermédiaire. Conformément à nos attentes, les espèces individuelles ont contribué différemment à la biomasse aérienne totale de différents habitats, reflétant des associations significatives d'habitats d'espèces. Différentes espèces présentent des préférences différentes en matière d'habitat en termes de contribution à la biomasse. Ces modèles peuvent être les conséquences des différences de stratégies écologiques entre les différentes espèces. Les résultats de cette étude améliorent notre capacité à évaluer le rôle des forêts subtropicales dans le cycle régional du carbone et fournissent des informations précieuses pour guider la protection et la gestion des forêts subtropicales à feuilles larges pour la séquestration et le stockage du carbone. The subtropical forest biome occupies about 25% of China, with species diversity only next to tropical forests. Despite the recognized importance of subtropical forest in regional carbon storage and cycling, uncertainties remain regarding the carbon storage of subtropical forests, and few studies have quantified within-site variation of biomass, making it difficult to evaluate the role of these forests in the global and regional carbon cycles. Using data for a 24-ha census plot in east China, we quantify aboveground biomass, characterize its spatial variation among different habitats, and analyse species relative contribution to the total aboveground biomass of different habitats. The average aboveground biomass was 223.0 Mg ha−1 (bootstrapped 95% confidence intervals [217.6, 228.5]) and varied substantially among four topographically defined habitats, from 180.6 Mg ha−1 (bootstrapped 95% CI [167.1, 195.0]) in the upper ridge to 245.9 Mg ha−1 (bootstrapped 95% CI [238.3, 253.8]) in the lower ridge, with upper and lower valley intermediate. In consistent with our expectation, individual species contributed differently to the total aboveground biomass of different habitats, reflecting significant species habitat associations. Different species show differently in habitat preference in terms of biomass contribution. These patterns may be the consequences of ecological strategies difference among different species. Results from this study enhance our ability to evaluate the role of subtropical forests in the regional carbon cycle and provide valuable information to guide the protection and management of subtropical broad-leaved forest for carbon sequestration and carbon storage. تحتل المنطقة الأحيائية للغابات شبه الاستوائية حوالي 25 ٪ من الصين، مع تنوع الأنواع فقط بجوار الغابات الاستوائية. على الرغم من الأهمية المعترف بها للغابات شبه الاستوائية في التخزين الإقليمي للكربون وركوب الدراجات، لا تزال هناك شكوك فيما يتعلق بتخزين الكربون في الغابات شبه الاستوائية، وقد حددت دراسات قليلة كمية الاختلاف داخل الموقع للكتلة الحيوية، مما يجعل من الصعب تقييم دور هذه الغابات في دورات الكربون العالمية والإقليمية. باستخدام البيانات لمخطط تعداد 24 هكتار في شرق الصين، نقيس الكتلة الحيوية فوق الأرض، ونميز تباينها المكاني بين الموائل المختلفة، ونحلل المساهمة النسبية للأنواع في إجمالي الكتلة الحيوية فوق الأرض للموائل المختلفة. كان متوسط الكتلة الحيوية فوق الأرض 223.0 ملغ هكتار-1 (فترات ثقة 95 ٪ [217.6، 228.5]) وتفاوتت بشكل كبير بين أربعة موائل محددة طبوغرافيًا، من 180.6 ملغ هكتار-1 (95 ٪ CI [167.1، 195.0]) في الحافة العليا إلى 245.9 ملغ هكتار-1 (95 ٪ CI [238.3، 253.8]) في الحافة السفلية، مع الوادي العلوي والسفلي المتوسط. وتماشياً مع توقعاتنا، ساهمت الأنواع الفردية بشكل مختلف في إجمالي الكتلة الحيوية فوق الأرض للموائل المختلفة، مما يعكس ارتباطات موائل الأنواع الهامة. تظهر الأنواع المختلفة بشكل مختلف في تفضيل الموائل من حيث مساهمة الكتلة الحيوية. قد تكون هذه الأنماط نتيجة لاختلاف الاستراتيجيات البيئية بين الأنواع المختلفة. تعزز نتائج هذه الدراسة قدرتنا على تقييم دور الغابات شبه الاستوائية في دورة الكربون الإقليمية وتوفير معلومات قيمة لتوجيه حماية وإدارة الغابات شبه الاستوائية ذات الأوراق العريضة لعزل الكربون وتخزينه.

As Earth’s climate has varied strongly through geological time, studying the impacts of past climate change on biodiversity helps to understand the risks from future climate change. However, it remains unclear how paleoclimate shapes spatial variation in biodiversity. Here, we assessed the influence of Quaternary climate change on spatial dissimilarity in taxonomic, phylogenetic, and functional composition among neighboring 200-kilometer cells (beta-diversity) for angiosperm trees worldwide. We found that larger glacial-interglacial temperature change was strongly associated with lower spatial turnover (species replacements) and higher nestedness (richness changes) components of beta-diversity across all three biodiversity facets. Moreover, phylogenetic and functional turnover was lower and nestedness higher than random expectations based on taxonomic beta-diversity in regions that experienced large temperature change, reflecting phylogenetically and functionally selective processes in species replacement, extinction, and colonization during glacial-interglacial oscillations. Our results suggest that future human-driven climate change could cause local homogenization and reduction in taxonomic, phylogenetic, and functional diversity of angiosperm trees worldwide.

La recherche sur les relations biodiversité-productivité s'est concentrée sur les écosystèmes herbacés, les résultats des études sur le terrain des arbres n'ayant que récemment commencé à émerger. De plus, ces derniers sont concentrés en grande partie dans la zone tempérée. La diversité des espèces d'arbres est généralement beaucoup plus élevée dans les forêts subtropicales et tropicales que dans les forêts tempérées ou boréales, avec des raisons qui ne sont pas entièrement comprises. Le chevauchement des niches et donc la complémentarité dans l'utilisation des ressources qui soutiennent la productivité peuvent être plus faibles dans les forêts que dans les écosystèmes herbacés, ce qui suggère des réponses de productivité plus faibles aux changements de diversité dans les forêts. Nous avons étudié la surface terrière, la structure verticale, la surface foliaire et leur relation avec la richesse en espèces d'arbres dans une forêt subtropicale du sud-est de la Chine. Des parcelles forestières permanentes de 30 x 30 m ont été sélectionnées pour couvrir des gradients largement indépendants de la richesse en espèces d'arbres et de l'âge de succession secondaire. Les parcelles avec une richesse en espèces d'arbres plus élevée avaient une surface terrière de peuplement plus élevée. De plus, les augmentations de la surface terrière des peuplements sur un intervalle de recensement de 4 ans étaient plus importantes à haute diversité qu'à faible diversité. Ces effets se sont traduits par une augmentation des stocks de carbone dans la phytomasse aérienne (estimée à l'aide d'équations allométriques). Une plus grande variabilité de la hauteur des arbres dans des parcelles plus diversifiées suggère que ces effets ont été facilités par un garnissage plus dense de la canopée en raison de la complémentarité architecturale entre les espèces. En revanche, la surface foliaire n'était pas ou même négativement affectée par la diversité des arbres, indiquant un découplage de l'accumulation de carbone de la surface foliaire. Alternativement, la même surface foliaire communautaire aurait pu assimiler plus de C par intervalle de temps dans plus de parcelles que dans des parcelles moins diversifiées en raison de différences dans le renouvellement et la productivité des feuilles ou en raison de différences dans l'affichage des feuilles dans l'espace vertical et horizontal. Dans l'ensemble, notre étude suggère que dans les forêts riches en espèces, les processus basés sur des niches soutiennent une relation diversité-productivité positive et que cela se traduit par une augmentation du stockage du carbone dans les structures ligneuses à longue durée de vie. Compte tenu des taux de croissance élevés de ces forêts au cours de la succession secondaire, nos résultats indiquent en outre qu'une gestion forestière favorisant la diversité des arbres après perturbation peut accélérer la séquestration du CO2 dans l'atmosphère et donc être pertinente dans un contexte de changement climatique. La investigación sobre las relaciones biodiversidad-productividad se ha centrado en los ecosistemas herbáceos, y los resultados de los estudios de campo de los árboles solo han comenzado a surgir recientemente. Además, estos últimos se concentran en gran medida en la zona templada. La diversidad de especies arbóreas generalmente es mucho mayor en los bosques subtropicales y tropicales que en los bosques templados o boreales, con razones que no se comprenden completamente. La superposición de nichos y, por lo tanto, la complementariedad en el uso de recursos que apoyan la productividad pueden ser menores en los bosques que en los ecosistemas herbáceos, lo que sugiere respuestas de productividad más débiles al cambio de diversidad en los bosques. Estudiamos el área basal del rodal, la estructura vertical, el área foliar y su relación con la riqueza de especies arbóreas en un bosque subtropical en el sureste de China. Se seleccionaron parcelas forestales permanentes de 30 x 30 m para abarcar gradientes en gran medida independientes en la riqueza de especies arbóreas y la edad de sucesión secundaria. Las parcelas con mayor riqueza de especies arbóreas tenían una mayor área basal de rodales. Además, los aumentos del área basal del soporte durante un intervalo de censo de 4 años fueron mayores en la diversidad alta que en la baja. Estos efectos se tradujeron en un aumento de las reservas de carbono en la fitomasa aérea (estimada mediante ecuaciones alométricas). Una mayor variabilidad en la altura de los árboles en parcelas más diversas sugirió que estos efectos se vieron facilitados por un empaquetamiento de dosel más denso debido a la complementariedad arquitectónica entre las especies. Por el contrario, el área foliar no se vio afectada o incluso se vio afectada negativamente por la diversidad de los árboles, lo que indica un desacoplamiento de la acumulación de carbono del área foliar. Alternativamente, la misma área foliar comunitaria podría haber asimilado más C por intervalo de tiempo en más que en parcelas menos diversas debido a las diferencias en el recambio y la productividad de las hojas o debido a las diferencias en la visualización de las hojas en el espacio vertical y horizontal. En general, nuestro estudio sugiere que en los bosques ricos en especies, los procesos basados en nichos apoyan una relación positiva diversidad-productividad y que esto se traduce en un mayor almacenamiento de carbono en estructuras leñosas de larga vida. Dadas las altas tasas de crecimiento de estos bosques durante la sucesión secundaria, nuestros resultados indican además que una gestión forestal que promueva la diversidad de árboles después de la perturbación puede acelerar el secuestro de CO2 de la atmósfera y, por lo tanto, ser relevante en un contexto de cambio climático. Research about biodiversity–productivity relationships has focused on herbaceous ecosystems, with results from tree field studies only recently beginning to emerge. Also, the latter are concentrated largely in the temperate zone. Tree species diversity generally is much higher in subtropical and tropical than in temperate or boreal forests, with reasons not fully understood. Niche overlap and thus complementarity in the use of resources that support productivity may be lower in forests than in herbaceous ecosystems, suggesting weaker productivity responses to diversity change in forests. We studied stand basal area, vertical structure, leaf area, and their relationship with tree species richness in a subtropical forest in south-east China. Permanent forest plots of 30 x 30 m were selected to span largely independent gradients in tree species richness and secondary successional age. Plots with higher tree species richness had a higher stand basal area. Also, stand basal area increases over a 4-year census interval were larger at high than at low diversity. These effects translated into increased carbon stocks in aboveground phytomass (estimated using allometric equations). A higher variability in tree height in more diverse plots suggested that these effects were facilitated by denser canopy packing due to architectural complementarity between species. In contrast, leaf area was not or even negatively affected by tree diversity, indicating a decoupling of carbon accumulation from leaf area. Alternatively, the same community leaf area might have assimilated more C per time interval in more than in less diverse plots because of differences in leaf turnover and productivity or because of differences in the display of leaves in vertical and horizontal space. Overall, our study suggests that in species-rich forests niche-based processes support a positive diversity–productivity relationship and that this translates into increased carbon storage in long-lived woody structures. Given the high growth rates of these forests during secondary succession, our results further indicate that a forest management promoting tree diversity after disturbance may accelerate CO2 sequestration from the atmosphere and thus be relevant in a climate-change context. ركزت الأبحاث حول العلاقات بين التنوع البيولوجي والإنتاجية على النظم الإيكولوجية العشبية، حيث بدأت نتائج الدراسات الميدانية للأشجار في الظهور مؤخرًا فقط. أيضا، تتركز هذه الأخيرة إلى حد كبير في المنطقة المعتدلة. تنوع أنواع الأشجار بشكل عام أعلى بكثير في المناطق شبه الاستوائية والاستوائية منه في الغابات المعتدلة أو الشمالية، لأسباب غير مفهومة تمامًا. قد يكون التداخل المتخصص وبالتالي التكامل في استخدام الموارد التي تدعم الإنتاجية أقل في الغابات منه في النظم الإيكولوجية العشبية، مما يشير إلى ضعف استجابات الإنتاجية لتغير التنوع في الغابات. درسنا المنطقة القاعدية، والبنية العمودية، ومنطقة الأوراق، وعلاقتها بغنى أنواع الأشجار في غابة شبه استوائية في جنوب شرق الصين. تم اختيار قطع أراضي الغابات الدائمة التي تبلغ مساحتها 30 × 30 مترًا لتغطي التدرجات المستقلة إلى حد كبير في ثراء أنواع الأشجار والعمر المتتالي الثانوي. كان للمخططات ذات الثراء العالي لأنواع الأشجار مساحة قاعدية أعلى. كما أن الزيادات في المساحة القاعدية للوقوف على مدى فترة تعداد مدتها 4 سنوات كانت أكبر عند ارتفاعها مقارنة بالتنوع المنخفض. تُرجمت هذه الآثار إلى زيادة مخزونات الكربون في الكتلة النباتية فوق الأرض (المقدرة باستخدام المعادلات المتغايرة). يشير التباين العالي في ارتفاع الأشجار في قطع الأراضي الأكثر تنوعًا إلى أن هذه التأثيرات قد تم تسهيلها من خلال تعبئة المظلة الأكثر كثافة بسبب التكامل المعماري بين الأنواع. في المقابل، لم تتأثر منطقة الأوراق أو حتى تأثرت سلبًا بتنوع الأشجار، مما يشير إلى فصل تراكم الكربون عن منطقة الأوراق. بدلاً من ذلك، قد تكون نفس منطقة أوراق الشجر المجتمعية قد استوعبت أكثر من درجة مئوية في كل فترة زمنية في أكثر من قطع الأراضي الأقل تنوعًا بسبب الاختلافات في دوران الأوراق والإنتاجية أو بسبب الاختلافات في عرض الأوراق في المساحة الرأسية والأفقية. بشكل عام، تشير دراستنا إلى أن العمليات القائمة على النيتشات في الغابات الغنية بالأنواع تدعم علاقة إيجابية بين التنوع والإنتاجية وأن هذا يترجم إلى زيادة تخزين الكربون في الهياكل الخشبية طويلة العمر. وبالنظر إلى معدلات النمو المرتفعة لهذه الغابات خلال التعاقب الثانوي، تشير نتائجنا كذلك إلى أن إدارة الغابات التي تعزز تنوع الأشجار بعد الاضطراب قد تسرع من عزل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وبالتالي تكون ذات صلة في سياق تغير المناخ.

La complejidad de la comunidad de vegetación es un factor crítico que influye en la estabilidad del ecosistema terrestre. China, el país que lidera el mundo en el reverdecimiento de la vegetación como resultado de las actividades humanas, ha experimentado cambios dramáticos en la composición de la comunidad de vegetación durante los últimos 30 años. Sin embargo, la forma en que la complejidad de la comunidad de vegetación de China varía espacial y temporalmente sigue sin estar clara. Aquí, proporcionamos los conjuntos de datos y códigos utilizados para investigar este tema, según lo publicado en "Human-climate coupled changes in vegetation community complexity of China since 1980s" por Su et al. La complexité de la communauté végétale est un facteur critique influençant la stabilité de l'écosystème terrestre. La Chine, le pays leader mondial en matière de verdissement de la végétation résultant des activités humaines, a connu des changements spectaculaires dans la composition des communautés végétales au cours des 30 dernières années. Cependant, la façon dont la complexité de la communauté végétale chinoise varie spatialement et temporellement reste incertaine. Ici, nous avons fourni les ensembles de données et les codes utilisés pour étudier cette question, tels que publiés dans « Human-climate coupled changes in vegetation community complexity of China since 1980s » par Su et al. Vegetation community complexity is a critical factor influencing terrestrial ecosystem stability. China, the country leading the world in vegetation greening resulting from human activities, has experienced dramatic changes in vegetation community composition during the past 30 years. However, how China's vegetation community complexity varies spatially and temporally remains unclear. Here, we provided the datasets and codes used to investigate this issue, as published in "Human-climate coupled changes in vegetation community complexity of China since 1980s" by Su et al. يعد تعقيد مجتمع الغطاء النباتي عاملاً حاسمًا يؤثر على استقرار النظام البيئي الأرضي. شهدت الصين، الدولة الرائدة في العالم في تخضير الغطاء النباتي الناتج عن الأنشطة البشرية، تغييرات جذرية في تكوين مجتمع الغطاء النباتي خلال الثلاثين عامًا الماضية. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح كيف يختلف تعقيد مجتمع الغطاء النباتي في الصين مكانيًا وزمنيًا. قدمنا هنا مجموعات البيانات والرموز المستخدمة للتحقيق في هذه المشكلة، كما نُشرت في "التغيرات المقترنة بالمناخ البشري في تعقيد مجتمع الغطاء النباتي في الصين منذ الثمانينيات" من قبل سو وآخرون.

AbstractPlot‐scale experiments indicate that functional diversity (FD) plays a pivotal role in sustaining ecosystem functions such as net primary productivity (NPP). However, the relationships between functional diversity and NPP across larger scale under varying climatic conditions are sparsely studied, despite its significance for understanding forest–atmosphere interactions and informing policy development. Hence, we examine the relationships of community‐weighted mean (CWM) and functional dispersion (FDis) of woody plant traits on NPP across China and if such relationships are modulated by climatic conditions at the national scale. Using comprehensive datasets of distribution, functional traits, and productivity for 9120 Chinese woody plant species, we evaluated the distribution pattern of community‐weighted mean and functional dispersion (including three orthogonal trait indicators: plant size, leaf morphology, and flower duration) and its relationships with NPP. Finally, we tested the effects of climatic conditions on community‐weighted mean/functional dispersion–NPP relationships. We first found overall functional diversity–NPP relationships, but also that the magnitude of these relationships was sensitive to climate, with plant size community‐weighted mean promoting NPP in warm regions and plant size functional dispersion promoting NPP in wet regions. Second, warm and wet conditions indirectly increased NPP by its positive effects on community‐weighted mean or functional dispersion, particularly through mean plant size and leaf morphology. Our study provides comprehensive evidence for the relationships between functional diversity and NPP under varying climates at a large scale. Importantly, our results indicate a broadening significance of multidimensional plant functional traits for woody vegetation NPP in response to rising temperatures and wetter climates. Restoration, reforestation actions and natural capital accounting need to carefully consider not only community‐weighted mean and functional dispersion but also their interactions with climate, to predict how functional diversity may promote ecosystem functioning under future climatic conditions.